Что образуется при гниении органических веществ
Гнилостные бактерии: питание, редуценты, продуценты, значение и способ питания
Бактерии обитают везде: на земле и на воде, под землей и под водой, в воздушной среде, в телах других созданий природы. Так, к примеру, в организме здорового взрослого представителя рода людского обитает свыше 10 тысяч видов микроорганизмов, а общая их масса составляет от 1 до 3 процентов всего веса человека.
Часть микроскопических созданий в качестве питания используют органику. Среди них значимое место занимают бактерии гниения. Они разрушают останки мертвых тел животных и растений, питаясь данной материей.
Что такое гниение
Суть в том, что сложнейшая по своему составу материя распадается на более простые элементы. Современное представление ученых об этом процессе, превращающем органические соединения в неорганические, можно описать следующими действиями:
Какие бактерии вызывают гниение
Бактерии гниения относят к сапротрофам, наряду с бактериями брожения. И те и другие расщепляют органические соединения – азотсодержащие и углеродсодержащие соответственно. В обоих случаях высвобождается энергия, используемая для питания и жизнеобеспечения микроорганизмов. Без бактерий брожения (к примеру, кисломолочных) человечество не получило бы таких важнейших продуктов питания, как кефир или сыр. Также широко они нашли применение в кулинарии и виноделии.
Но сапротрофные бактерии гниения могут вызывать и порчу продуктов. Данный процесс, как правило, сопровождается обширным выделением углекислот, аммиака, энергии, ядовитых для человека веществ, а также нагреванием субстрата (иногда до самовоспламенения). Поэтому люди научились создавать условия, при которых бактерии гниения утрачивают способность к размножению или просто погибают.
К таким предохраняющим продукты мерам можно отнести стерилизацию и пастеризацию, благодаря которым консервация может сохраняться относительно долгое время. Утрачивают свои свойства бактерии и при заморозке продукта. А в древности, когда еще не были известны современные способы, от порчи патогенной микрофлорой продукты предохраняли при помощи высушивания, соления, засахаривания, так как в соленой и сахарной среде микроорганизмы прекращают свою жизнедеятельность, а при сушке удаляется большая часть воды, нужной для размножения бактерий.
Оптимальные условия
Для гниения необходимы определенные условия, и именно лишение бактерий этих условий лежит в основе нашей кулинарии (стерилизация, пастеризация, консервирование и так далее). Для интенсивного процесса гниения необходимо:
Варианты возможны различные. Но вода является неотъемлемым атрибутом гидролиза органических веществ.
А ферменты работают только в определенном температурном режиме.
Главные аммонификаторы
Бактерии гниения, живущие в почве земли, это самая распространенная группа прокариот. Они играют важную роль в круговороте азота и возвращают в почву минеральные вещества (минерализуют) так необходимые растениям для процессов фотосинтеза. Форма бактерий, их отношение к наличию кислорода и способы питания разнообразны. Основные представители данной группы это спорообразующие клостридии, бациллы и неспорообразующие энтеробактерии.
Этапы разложения органики
Стадии разложения органических веществ бактериями гниения с химической точки зрения довольно сложны. В целом этот процесс осуществляется следующим образом:
Какие вещества образуются
В первую очередь это конечные продукты: аммиак и сероводород. Также при неполной минерализации образуются:
Вообще-то, в рамках, контролируемых иммунитетом, процесс разложения – часть пищеварительного процесса для многих животных и для человека. Он происходит, как правило, в толстом кишечнике, и бактерии, вызывающие гниение, играют в нем первостепенную роль. Но в больших масштабах отравление продуктами гниения может привести к плачевным результатам. Человек нуждается в срочной медицинской помощи, промывании кишечника и восстанавливающей микрофлору терапии.
К тому же накопление в организме аммиака может инициироваться некоторыми видами бактерий, в том числе и кишечной палочкой. В результате в некоторых тканях накапливается аммиак. Но при нормальном функционировании всех систем он связывается до мочевины и затем выводится из организма человека.
Виды и характеристика гнилостных бактерий
Гнилостные бактерии широко представлены в природе. Они обнаруживаются в почве, воде, воздухе, в пищевых продуктах, в кишечнике людей и животных. Гнилостные бактерии вызывают распад белков с выделением ядовитых и дурнопахнущих веществ. Среди гнилостных бактерий имеются аэробные и анаэробные палочки, образующие и не образующие спор.
Многие из них являются мезофилами, но имеются психрофилы, а также холодоустойчивые и термостойкие виды. Большинство гнилостных бактерий чувствительны к кислотности среды. Наиболее распространенными и активными из гнилостных бактерий являются аэробные споровые палочки: сенная, картофельная, грибовидная, цереус.
Аэробные споровые палочки
Сенная палочка ( Bacillus subtilis) – грамположительные короткие палочки с закругленными концами и центрально расположенной спорой. Развиваются в широком диапазоне температур от 5 до 45 С, обладают высокой протеолитической и гликолитической активностью.
Картофельная палочка (Bacillus mesentericus) представляет собой крупную грамположительную палочку с закругленными концами и спорой, расположенной в центре клетки. На МПА образуют колонии с морщинистой слизистой поверхностью. По ферментативным свойствам имеет сходство с сенной палочкой, поэтому их объединяют в группу картофельно-сенных бацилл.
Грибовидная палочка (Bacillus mycoides) – грамположительная подвижная палочка, образующая спор и капсул. На МПА формирует ветвистые колонии, похожие на мицелий грибов. Развивается при температурах от 10 до 45 С.
Палочка цереус (Bacillus cereus) – крупная грамположительная подвижная палочка, спорообразующая, некоторые штаммы формируют капсулу. Эти бактерии растут при температуре от 10 до 48 С, могут развиваться при недостатке кислорода, устойчивы к высокой концентрации поваренной соли и сахара, способны продуцировать ядовитые вещества.
Аэробные бесспоровые палочки
К аэробным бесспоровым палочкам относятся бактерии рода Pseudomonas: Ps. рrodigiosum, Ps. fluorescens, Ps. аeruginosa. Все они являются подвижными грамотрицательными палочками, не образующими спор и капсул, строгими аэробами. Оптимальная температура роста 15 — 20 С, но многие виды развиваются при температуре –2 — +5 С. Псевдомонасы характеризуются высокой протеолитической и липолитической активностью, способны сбраживать углеводы с образованием кислот, продуцировать слизь. Развитие и биохимическая активность этих бактерий затормаживаются при рН ниже 5,5 и при 5 – 6%-ной концентрации поваренной соли. Псевдомонасы являются антагонистами многих бактерий и плесеней, т.к. вырабатывают антибиотические вещества. Некоторые виды этих бактерий способны вызывать заболевания животных и растений.
Анаэробные бесспоровые палочки
К факультативно анаэробным гнилостным бактериям относятся палочки рода Proteus. Протей представляет собой полиморфные грамотрицательные палочки, спор и капсул не формируют, обладают очень энергичной подвижностью. Это свойство лежит в основе метода выделения протея из пищевых продуктов. Некоторые виды протея продуцируют токсичные для человека вещества. Палочки протея хорошо развиваются в широком температурном диапазоне от 6 до 40 С. Протей вызывает гниение с образованием сероводорода.
Анаэробные споровые палочки
Cl. sporogenes — крупная, подвижная грамположительная палочка, образует термостойкие споры, расположенные ближе к концу клетки, в мазках нередко формирует цепочки. Характерной особенностью этих бактерий является быстрое спорообразование в течение первых суток роста. Спорогенная палочка сбраживает углеводы с образованием кислот и газа, обладает высокой протеолитической и липолитической активностью.
Бактерии гниения: значение микроорганизмов в биосфере
Роль бактерий такого рода для всего живого на Земле трудно переоценить. В биосфере, благодаря их аммонифицирующей жизнедеятельности, постоянно идет процесс разложения умерших животных и растений с последующей их минерализацией. Образовавшиеся в результате этого простые вещества и соединения неорганического характера, среди которых углекислый газ, аммиак, сероводород и другие, участвуют в круговороте веществ, служат питанием для растений, замыкают переход энергии от одного представителя флоры и фауны Земли к другому, предоставляя возможность зарождения новой жизни.
Высвобождение азота недоступно для высших растений, и без участия бактерий гниения они не смогли бы полноценно питаться и развиваться.
Бактерии гниения напрямую участвуют в почвообразовательных процессах, разлагая отмершую органику на составные части. Это их свойство играет незаменимую роль в сельском хозяйстве и других видах деятельности человека.
Наконец, без упомянутой жизнедеятельности микроорганизмов поверхность Земли, включая водные пространства, была бы усеяна не разложившимися трупами животных и растений, а их за время существования планеты умерло немалое количество!
Победить паразитов можно!
Сейчас действует льготная программа на бесплатную упаковку. Читать мнение экспертов.
Сенная палочка: описание бактерии, питание, значение для человека и растений
Серобактерии: питание, являются ли гетеротрофами, продуцент или редуцент
Мезофилы у животных и растений, температура размножения
Бактерии симбионты человека, животных и растений: примеры, питание, значение
Клубеньковые бактерии на корнях бобовых и других растений, значение в природе
Иерсиния Пестис (Yersinia pestis): возбудитель чумная палочка, свойства, антитела
Список литературы
Лучшие истории наших читателей
Тема: Во всех бедах виноваты паразиты!
От кого: Людмила С. ([email protected])
Кому: Администрации Noparasites.ru
Не так давно мое состояние здоровья ухудшилось. Начала чувствовать постоянную усталость, появились головные боли, лень и какая-то бесконечная апатия. С ЖКТ тоже появились проблемы: вздутие, понос, боли и неприятный запах изо рта.
Думала, что это из-за тяжелой работы и надеялась, что само все пройдет. Но с каждым днем мне становилось все хуже. Врачи тоже ничего толком сказать не могли. Вроде как все в норме, но я-то чувствую, что мой организм не здоров.
Решила обратиться в частную клинику. Тут мне посоветовали на ряду с общими анализами, сдать анализ на паразитов. Так вот в одном из анализов у меня обнаружили паразитов. По словам врачей – это были глисты, которые есть у 90% людей и заражен практически каждый, в большей или меньшей степени.
Мне назначили курс противопаразитных лекарств. Но результатов мне это не дало. Через неделю мне подруга прислала ссылку на одну статью, где какой-то врач паразитолог делился реальными советами по борьбе с паразитами. Эта статья буквально спасла мою жизнь. Я выполнила все советы, что там были и через пару дней мне стало гораздо лучше!
Улучшилось пищеварение, прошли головные боли и появилась та жизненная энергия, которой мне так не хватало. Для надежности, я еще раз сдала анализы и никаких паразитов не обнаружили!
§ 17. РАЗЛОЖЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ПОСЛЕ НАСТУПЛЕНИЯ СМЕРТИ
После наступления смерти под влиянием специфических клеточных ферментов, так называемых катепсинов, происходит аутолиз (самопереваривание) клеток, в результате чего белковые вещества разлагаются на более простые соединения. Катепсины содержатся в лизосомах клеток многих органов. Наибольшие их количества содержатся в клетках поджелудочной железы, печени, почек, селезенки. В меньших количествах они содержатся в других органах и тканях.
При жизни организма катепсины и некоторые другие гидролитические ферменты обладают незначительной активностью. Вызываемый катепсинами распад белков в живом организме быстро восполняется путем их синтеза. После смерти активность катепсинов значительно возрастает. При жизни ткани организма имеют рН = 6,8. 7,2, а после смерти рН тканей сдвигается в более кислую область, благоприятную для проявления активности катепсинов.
Таким образом, аутолиз является одним из ранних трупных явлений. Аутолизу в первую очередь подвергаются ткани трупов, наиболее богатые катепсинами (поджелудочная железа, печень, почки и др.). Более быстрому аутолизу тканей трупов способствует прижизненное их повреждение (воспаление, ожоги, обморожение и др.). Известен ряд факторов, тормозящих процесс аутолиза (наличие в трупах фторидов, цианидов, соединений мышьяка, карбоксигемоглобина, сердечных гликозидов и др.).
Уже через несколько часов после смерти бактерии, находящиеся в кишках, проникают через их стенки и по кровеносным сосудам распространяются почти по всему трупу. В результате этого под влиянием ферментов микроорганизмов наступает процесс гниения (путрификации) органов и тканей трупов. Видовой состав бактериальной флоры, развивающейся в трупах (трупной флоры), зависит от природы бактерий, находящихся в кишках. Чаще всего трупную флору составляют стрептококки, стафилококки.
Таким образом, разложение трупов вначале происходит в результате аутолиза, затем аутолизу сопутствует процесс гниения, который начинается через 3—4 ч после смерти. О начале гниения трупа свидетельствует появление специфического гнилостного запаха. Дальнейшее, более глубокое, разложение тканей трупов происходит путем гниения, вызванного ферментами микроорганизмов.
При гнилостном разложении белковых и других веществ в трупах образуется ряд более простых соединений, химические свойства которых могут быть подобны свойствам некоторых ядов. Это затрудняет химико-токсикологическое исследование некоторых ядов, находящихся в гнилостных органах и тканях трупов,
Интенсивность процессов гниения трупов и состав образующихся при этом веществ зависят от видового состава микробной флоры, температуры, влаги, доступа воздуха и ряда других факторов.
При гниении белковых веществ образуются пептиды, которые разлагаются с образованием аминокислот. Последние могут подвергаться дезаминированию с выделением аммиака. Аминокислоты, содержащие серу, разлагаются с выделением сероводорода. При гниении белков могут образовываться меркаптаны (тиоспирты и тиофенолы), органические кислоты, продукты их декарбоксилирования, а также амины, которые часто называют птомаинами (путресцин, кадаверин, этилендиамин и др.).
При гнилостном разложении углеводов образуются органические кислоты, продукты их декарбоксилирования, альдегиды, кетоны, лактоны, оксид углерода (IV).
Под влиянием гнилостных бактерий наступает окисление аминокислот и жиров с образованием спиртов, в смеси которых содержатся метиловый, этиловый и высшие спирты. Под влиянием ферментов кишечной палочки из глюкозы образуются различные количества пропилового, бутилового и метилового спиртов. Из лейцина образуется амиловый спирт, а из валина — изобути-ловый. Перечисленные выше спирты затем окисляются до альдегидов и соответствующих кислот.
Ф. Сельми в 1878 г. в гнилостных трупах обнаружил так называемые птомаины, получившие это название от греческого слова Ptoma, что означает мертвое тело (труп). К числу главных птомаинов вначале относили путресцин (тетраэтилендиамин) и кадаверин (пентаметилендиамин). Эти вещества считали одними из наиболее токсичных из известных в то время веществ.
Позднее другие исследователи сообщили о выделении ими из загнившего биологического материала так называемых трупных алкалоидов (кониина, вератрина, стрихнина и др.), которые тоже относили к числу птомаинов. Гадамер обобщил данные литературы о птомаинах и привел сводку, включающую 67 названий этих веществ. Доказательство принадлежности веществ, выделенных из гнилостных органов трупов, к числу трупных алкалоидов базировалось на незначительном числе неспецифических реакций осаждения и окрашивания. Так, например, если вещество, выделенное из трупа, давало такие же реакции, как и ко-ниин, его называли «трупным кониином».
С развитием органической и аналитической химии стало ясно, что «трупные алкалоиды» по элементному составу не идентичны соответствующим алкалоидам. Аналогичные выводы были сделаны и на основании результатов некоторых физико-химических методов анализа (хроматографии, спектрофотометрии и др.). Таким образом, установлено, что большинство птомаинов относится не к алкалоидам, а к другим азотистым веществам основного характера, которые мешают обнаружению алкалоидов, выделенных из биологического материала.
Поэтому делать заключение о наличии алкалоидов, выделенных из гнилостного биологического материала, только на основании качественных реакций невозможно. Для указанной цели должны применяться качественные реакции и физико-химические методы.
Токсичность птомаинов тоже оказалась спорной. После очистки птомаинов были получены вещества, обладающие меньшей токсичностью, чем птомаины, выделенные из трупов. Путресцин и кадаверин, полученные в лаборатории путем синтеза, тоже оказались менее токсичными, чем те, которые выделены из органов трупов. Поэтому токсичность птомаинов объясняется действием некоторых примесей, содержащихся в гнилостном биологическом материале наряду с птомаинами. К примесям относятся бактериальные токсины и ряд продуктов синтеза, образующихся в трупном материале под влиянием бактериальных ферментов.
Описанные выше гнилостные процессы происходят в трупах в основном без доступа воздуха (в могилах). Однако в отдельных случаях трупы могут находиться и на поверхности или в местах, в которые хорошо проникает кислород воздуха. В этих случаях гниение трупов происходит под влиянием ферментов аэробных бактерий. Такие процессы разложения трупов называются тлением.
Тление. Этот вид гниения трупов в основном происходит под влиянием аэробных бактерий при доступе воздуха и небольшой влажности. Тление происходит значительно быстрее, чем гниение трупов в могилах.
При тлении в трупах образуются вещества, которые по химическому составу отличаются от веществ, образующихся при гниении трупов в могилах без доступа воздуха. При отсутствии воздуха в трупах при гниении образуется большее число соединений, чем при тлении. Кроме этого, многие соединения, образующиеся при гниении без доступа воздуха, являются более токсичными, чем вещества, образующиеся при тлении. В процессе тления происходит быстрое обезвоживание трупов и создаются условия для появления червей, которые могут объедать труп до скелета, и плесневых грибов.
В зависимости от условий разложения может происходить образование жировоска или мумификация трупов.
Жировоск является своеобразным состоянием тканей трупов, возникающим в результате взаимодействия жирных кислот с солями щелочноземельных и щелочных металлов в условиях повышенной влажности (в воде, во влажной почве), при недостаточности или отсутствии воздуха. При указанных условиях происходит процесс мацерации, при котором отслаивается эпидермис, а затем через лишенную эпидермиса кожу в труп проникает вода. Она вымывает кровь и ряд веществ из тканей, а затем происходит омыление жиров в трупах. Жиры разлагаются на глицерин и жирные кислоты. Глицерин и олеиновая кислота вымываются из тканей трупов водой, а пальмитиновая и стеариновая кислоты с солями щелочноземельных и щелочных металлов образуют соли (мыла), которые и составляют жировоск. Он представляет собой твердую мылообразную или творожистую массу.
В результате образования жировоска труп сохраняет внешнюю форму. Внутренние органы трупа, находящегося в состоянии жировоска, отсутствуют. На их месте обнаруживаются комки воскообразной массы. При судебно-медицинской экспертизе трупов или их частей, находящихся в состоянии жировоска, можно обнаружить следы ранее причиненных повреждений (огнестрельных ран, порезов и др.). В жировоске долгое время могут сохраняться и некоторые яды. Таким образом, жировоск является одним из видов естественной консервации трупов.
Мумификация — полное высыхание трупов. Этот процесс происходит при сухом воздухе, повышенной температуре и хорошей вентиляции. В этих условиях прекращаются процессы гниения и происходит высыхание трупов. В результате мумификации уменьшается объем и масса трупов, их мягкие ткани уплотняются и сморщиваются, кожа приобретает буровато-коричневую окраску и пергаментный вид. Трупы взрослых мумифицируются в течение 3—6 мес, а трупы новорожденных за 3—4 недели. В мумифицированных трупах длительное время могут сохраняться некоторые яды, вызвавшие отравления.
Выше при описании процессов разложения органов и тканей трупов были перечислены некоторые образующиеся при этом вещества. Однако список этих веществ не исчерпывается приведенными данными. На основании литературных данных Гадамером установлено, что в результате разложения трупов может образовываться около 1300 различных соединений. Многие из этих соединений дают такие же реакции, как и некоторые вещества, подлежащие исследованию при судебно-химическом анализе биологического материала на наличие ядов.
Безусловно, такое большое число продуктов разложения трупов никогда не может одновременно содержаться в разлагающемся биологическом материале. Образование этих веществ в трупах происходит поэтапно. На каждом этапе гниения трупов образуется определенное число продуктов разложения, которые подвергаются дальнейшим превращениям. Химический состав соединений, образующихся на данном этапе, зависит от времени разложения трупного материала, температуры, наличия влаги, доступа воздуха, бактериальной флоры, состава органов и тканей, подвергающихся разложению, и от ряда других факторов.
Учитывая, что со временем число продуктов разложения трупного материала увеличивается, анализ этого материала на наличие ядов должен производиться через 1—2 сут после наступления смерти. Однако в ряде случаев в судебно-химические лаборатории на анализ поступают органы трупов и биологические жидкости (кровь, моча), уже подвергшиеся гнилостным изменениям. Это объясняется рядом причин. Иногда трупы обнаруживаются только через несколько суток или месяцев после наступления смерти, а затем подвергаются вскрытию. В ряде случаев возникает необходимость производить эксгумацию трупов (извлечение из земли погребенных трупов для судебно-медицинского и судебно-химического исследований).
Гниение
Даже в организме живых существ происходят контролируемые их иммунитетом процессы гниения, в результате которых преобразуется потребляемая ими пища. Гниение в кишечнике происходит под действием бактерий, называемых симбиотиками. Продукты гниения в организме обезвреживаются в печени, а затем выводятся почками.
Гниение является окислительным процессом, поэтому для него необходимо наличие кислорода. При свободном доступе воздуха гниение происходит до конца, а весь углерод, содержащийся в органических соединениях, выделяется в виде углекислого газа.
В результате бактерий, обеспечивающих гниение, портятся продукты питания. В них тоже начинают выделяться вредные для человека вещества, именно поэтому продукты можно хранить лишь в течение определённого срока. Различные вещества в большей или меньшей степени подвержены гниению и сроки хранения для них также разные.
Чтобы предотвратить порчу продуктов, необходимо снизить активность гнилостных бактерий. Некоторые бактерии погибают при высокой температуре и от них можно избавиться при помощи кипячения, копчения или другой термической обработки. Другие не выносят низких температур или существенно замедляют своё действие, поэтому продукты питания дольше сохраняются при низких температурах.
Некоторые гнилостные бактерии даже нашли своё применение в деятельности человека. Препараты, получаемые из таких микроорганизмов, применяют, например, при выделке шкур животных, химическая чистка одежды.